前言
本章大家介绍一个存储相同数据类型的容器----数组,以及便于我们对数组操作的工具类Arrays类的使用。
博客主页:KC老衲爱尼姑的博客主页 博主的github,平常所写代码皆在于此 共勉:talk is cheap, show me the code 作者是爪哇岛的新手,水平很有限,如果发现错误,一定要及时告知作者哦!感谢感谢!
假设我们要存储5个学生其期末考试的成绩,凭借目前的知识我们只能用五个整型的变量的去储存。
代码示例
public class Demo7 {
public static void main(String[] args) {
int score1 = 70;
int score2 = 80;
int score3 = 85;
int score4 = 60;
int score5 = 90;
System.out.print(score1 + " ");
System.out.print(score2 + " ");
System.out.print(score3 + " ");
System.out.print(score4 + " ");
System.out.print(score5);
}
}
上述打码确实可以存储5个学生的期末考试成绩,但是实际上一个学校里通常都是几百上千的学生,如果我们再用上述的方式去存储学生的成绩是非常麻烦且无聊的,我们可以发现上述代码中的5个变量都是整型变量,那么是否有存储相同类型数据的类型吗?答案是有的,就是本篇要讲解的数组。
通过上面的分析,我们可以知道数组是用来储存相同类型数据的内存区域或者是容器。通俗点来说就是一个比较大的可回收垃圾的垃圾桶,专门用来存放可回垃圾。
Java中的数组如同现实中的车库,从上图我们可以看
知道什么是数组后,我们要会创建数组,接下来就来一一走入数组的创建
T[] 数组名 = new T[N];
T:表示数组中存放元素的类型 T[]:表示数组的类型 N:表示数组的长度
####🚩 创建数组的实例
int[] array1 = new int[10]; // 创建一个可以容纳10个int类型元素的数组
double[] array2 = new double[5]; // 创建一个可以容纳5个double类型元素的数组
String[] array3 = new double[3]; // 创建一个可以容纳3个字符串元素的数组
数组的初始化主要分为两种动态初始化和静态初始化
1.动态初始化:在创建数组时,直接指定数组中元素的个数
数据类型[] 数组名 = new 数据类型[10];
double[] scores = new double[10];
动态初始化示例代码
int[] array1 = new int[10];
double[] array2 = new double[3];
String[] array3 = new String[10];
动态初始化数组堆内存情况
2.静态初始化:在创建数组时不直接指定数据元素个数,而直接将具体的数据内容进行指
数据类型[] 数组名 = new 数据类型[]{元素1,元素2 ,元素3… };
double[] scores = new double[]{89.9, 99.5, 59.5, 88.0};
静态初始化示例代码
int[] array1 = new int[]{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
double[] array2 = new double[]{1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0};
String[] array3 = new String[]{"hell", "Java", "!!!"};
静态初始化数组堆内存情况
注意事项
数组也可以按照如下C语言个数创建,不推荐
int arr[] = {1, 2, 3}
因为我们平时定义一个变量时是int a=0;int 是类型,a是变量名,同理我们看到int []arr 时,可以更加直观理解int []是类型 ,arr是这种类型的一个变量,采用C语言明显是不符合习惯的,也有点让人不好理解.
静态和动态初始化也可以分为两步,但是省略格式不可以拆分开
int[] array1;
array1 = new int[10];
int[] array2;
array2 = new int[]{10, 20, 30};
注意:静态初始化和动态初始化不能混用比如int [] arr=new int[3]{12,24,36};这是错误的
如果没有对数组进行初始化,数组中元素有其默认值
数据类型 | 明细 | 默认自 |
---|---|---|
byte,short,int,long | 0 | |
double | 0.0 | |
float | 0.0f | |
char | /u0000 | |
boolean | false | |
引用类型 | String,类,接口,数组 | null |
数组在内存中是一段连续的空间,空间的编号都是从0开始的,依次递增,该编号称为数组的下标,数组可以通过 下标访问其任意位置的元素。
比如
public class Demo10 {
public static void main(String[] args) {
int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
System.out.println(array[0]);
System.out.println(array[1]);
System.out.println(array[2]);
System.out.println(array[3]);
System.out.println(array[4]);
}
}
也可以通过[]对数组中的元素进行修改
public class Demo10 {
public static void main(String[] args) {
int[]array = new int[]{10, 20, 30, 40, 50};
array[0] = 100;
System.out.println(array[0]);
}
}
1.索引越界
代码示例
public class Demo11 {
public static void main(String[] args) {
int arr[]=new int[]{12,14,15,16};
System.out.println(arr[7]);
}
}
控制台输出结果
遇到索引越界,检查数组的下标是否超过合法范围。
2.空指针异常
代码示例
public class Demo11 {
public static void main(String[] args) {
int arr[] = new int[]{12, 14, 15, 16};
System.out.println(arr[7]);
arr = null;
System.out.println(arr[0]);
}
}
控制台抛出结果
一旦遇到空指针异常,需检查引用类型是否为null,null在java中表示空引用,就是一个不指向对象的引用,而在java中对象就要有对应的引用指向它,不然我们是无法对它进行操作,因为没有引用指向它,它就会JVM中垃圾回收站直接当做垃圾给回收。
注意
遍历
所谓 “遍历” 是指将数组中的所有元素都访问一遍, 访问是指对数组中的元素进行某种操作,比如:
代码示例
public class Demo11 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[]{90, 790, 20};
System.out.println(arr[0]);
System.out.println(arr[1]);
System.out.println(arr[2]);
}
}
上述代码可以起到对数组中元素遍历的目的,但问题是:现在是三个元素我们可以这样使用,如果有成千上百个元素,那不得写输出语句写的累死,此时就需要通过观察代码可以发现,上述代码存在大量的重复,因为唯一的不同就是数组的下标在不断的变化,所以我们可采用for循环来遍历数组
for循环
代码示例
public class Demo11 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[]{90, 790, 20};
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.print(arr[i]+" ");
}
}
}
改成循环之后,大量的重复解决了,但是我们该如何获取数组的长度呢?是否是如同C语言中使用sizeof()计算,自然是不好在java中直接数组对象.length 来获取数组的长度,没有必要像C语言中使用sizeof(),java中把这些事已经办好了
代码示例
public class Demo11 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[]{90, 790, 20};
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.print(arr[i]+" ");
}
}
}
增强for循环(for-each
代码示例
public class Demo11 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[]{90, 790, 20};
for (int i : arr) {
System.out.println(i);
}
}
}
i为数组array中的元素,当不需要使用下标时采用增强for,需要使用下标则for
数组是引用类型
java中的数组是对象,它是通过new出来的,数组对象生存在堆区,有一个在栈区的引用变量指向该对象,为了更好的理解,我们来看看JVM的内存分布
内存是一段连续的存储空间,主要用来存储程序运行时数据的。
比如
如果对内存中存储的数据不加区分的随意存储,那对内存管理起来将会非常麻烦。比如一个干净的房间和一个杂乱的房间
因此JVM也对所使用的内存按照功能的不同进行了划分
我们只需关心虚拟机栈和堆区已经方法区即可。
基本类型变量与引用类型变变量
基本数据类型创建的变量,称为基本变量,该变量空间中直接存放的是其所对应的值; 而引用数据类型创建的变量,一般称为对象的引用,其空间中存储的是对象所在空间的地
代码示例
public class Demo12 {
public static void main(String[] args) {
func();
}
private static void func() {
int a = 10;
int b = 20;
int[] arr = new int[]{1, 2, 3};
}
}
在上述代码中,a、b、arr,都是函数内部的变量,因此其空间都在main方法对应的栈帧中分配。 a、b是内置类型的变量,因此其空间中保存的就是给该变量初始化的值。 array是数组类型的引用变量,其内部保存的内容可以简单理解成是数组在堆空间中的首地址。
从上图可以看到,引用变量并不直接存储对象本身,而是存储对象的在堆空间的起始地址。通过该地址,引用变量便可以去操作对象。有点类似C语言中的指针,但是Java中引用要比指针的操作更简单,没有指针的加减。
两个数组引用变量指向同一个数组对象
代码示例
public class Demo9 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr1 = new int[]{11, 22, 33};
int[] arr2 = arr1;
System.out.println(arr1);
System.out.println(arr2);
arr2[1] = 90;
System.out.println(arr1[1]);
System.out.println(arr2[1]);
}
}
图解上述内存
参数传基本数据类型
代码示例
public class Demo13 {
public static void main(String[] args) {
int num = 0;
func(num);
System.out.println("num = " + num);
}
private static void func(int x) {
x = 10;
System.out.println("x = " + x);
}
}
因为func()方法在栈区开辟栈帧创建局部变量x并赋值为10,一旦出了该方法,func()方法栈帧就会被销毁。所以并没有影响到num值的改变,依然是0。
参数传数组类型(引用数据类型)
代码示例
public class Demo14 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {1, 2, 3};
func(arr);
System.out.println("arr[0] = " + arr[0]);
}
private static void func(int[] arr) {
arr[0] = 10;
System.out.println("a[0] = " + arr[0]);
}
}
发现在func方法内部修改数组的内容, 方法外部的数组内容也发生改变. 因为数组是引用类型,按照引用类型来进行传递,是可以修改其中存放的数组内容。
总结: 引用就是存放数组对象的地址,java将数组设置为引用类型,是为了方便传参,因为形参是实参的一份拷贝,如果不传地址的话,就要将数组的内容都进行一份拷贝对于内存的开销十分大,为了节约内存,故将数组设置为引用类型。
比如:获取斐波那契数列
class TestArray {
public static int[] fib(int n) {
if (n <= 0) {
return null;
}
int[] arr = new int[n];
arr[0] = arr[1] = 1;
for (int i = 2; i < n; ++i) {
arr[i] = arr[i - 1] + arr[i - 2];
}
return arr;
}
public static void main(String[] args) {
int[] arr = fib(10);
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.print(arr[i]+" ");
}
}
}
Arrays类是工具类,被static修饰我们使用其成员方法直接类型.方法名();来调用。
方法 | 说明 |
---|---|
public static String toString(类型 [],a) | 将数组转换成字符串 |
public static void sort(类型 [] a) | 对数组排序(默认升序) |
public static int binarySearch(int [] a,int key) | 二分查找数组中的数据,存在返回索引不存在返回-1 |
public static fill(int [].int val) | 执定的数值填充到数组中 |
public static void sort(类型 [] a,Comparator<? super T> c) | 将使用比较器对象自定义比较 |
boolean equals(int [] arr1,int [] arr2) | 判断两个数组的内容是否一致 |
接下来我们就来使用Arrays类,体验它的强大。
代码示例
public class Demo2 {
public static void main(String[] args) {
int [] arr=new int[]{12,145,6,7,8,9,876543};
System.out.println(Arrays.toString(arr));
}
}
最左边的括号和最右边的括号都是toString();给拼接上的,以后打印数组的内容可以采用这种快捷的方式。
代码示例
public class Demo3 {
public static void main(String[] args) {
int [] arr={1,2,3,4,5,6,7};
int [] newArr=arr;
System.out.println(arr);
newArr[0]=10;
System.out.println("arr:"+Arrays.toString(arr));
System.out.println("newArr:"+Arrays.toString(newArr));
arr[0]=1;
newArr=Arrays.copyOf(arr,arr.length);
System.out.println(newArr);
System.out.println("newArr:"+Arrays.toString(newArr));
System.out.println("arr:"+Arrays.toString(arr));
arr[0]=99;
System.out.println("newArr:"+Arrays.toString(newArr));
System.out.println("arr:"+Arrays.toString(arr));
//拷贝某个范围
int [] newArr2= Arrays.copyOfRange(arr,2,4);
System.out.println("newArr2"+Arrays.toString(newArr2));
}
}
运行结果
对于上述代码首先我们将arr赋值给newArr后此时这两个引用都指向同一块堆内存,所以打印出来也是一样的,然后将newArr[0]改为10,因为newArr指向数组对象arr,所以可以修改第一个元素,当我们使用copyOf();后,使用arr[0]=99后再将这两个数组的内容打印出来,会发现arr[0]的修改并不会影响到newArr[0].这就说明copyOf之后newArr不在指向arr所指向的对象,newArr指向了一个新的数组对象。
图解上述代码
图一
图二
代码示例
public class Demo10 {
public static void main(String[] args) {
int [] arr=new int[]{1,2,3,4,5,6};
int [] ret= copyArray(arr);
System.out.println(Arrays.toString(ret));
}
public static int [] copyArray(int [] arr){
int [] tmp=new int[arr.length];
for(int i=0;i<arr.length;i++){
tmp[i]=arr[i];
}
return tmp;
}
}
for拷贝本质是利用一个中间数组接收原数组数据
代码示例
public class Demo11 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[]{1, 2, 3, 4, 5, 6};
int[] ret = new int[arr.length];
ret = arr.clone();
System.out.println(Arrays.toString(ret));
}
}
clone()方法属于Object类,而Object是java中的祖宗类是所有类默认都继承的,所以可以使用数组对象调用。
方法 | 说明 |
---|---|
System.arraycopy(Object src,int srcPos,Object dest,int destPos,int length) | 从要拷贝的数组的某一位置拷贝到目的数组的某一位置,最后一个参数为要拷贝的长度 |
native修饰的方法底层基于C/C++实现.好处就是速度快。
代码示例
public class Demo11 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[]{1, 2, 3, 4, 5, 6};
int[] ret = new int[arr.length];
System.arraycopy(arr, 0, ret, 0, ret.length);
System.out.println(Arrays.toString(ret));
}
}
给定一个数组, 再给定一个元素, 找出该元素在数组中的位置。
代码示例
public class Demo4 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {1, 2, 3, 10, 5, 6};
System.out.println(find(arr, 10));
}
private static int find(int[] arr, int data) {
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
if (arr[i] == data) {
return i;
}
}
return -1; // 表示没有找到
}
}
针对有序数组, 可以使用更高效的二分查找.什么是有序数组? 有序分为 “升序” 和 “降序” 如 1 2 3 4 , 依次递增即为升序. 如 4 3 2 1 , 依次递减即为降序.以升序数组为例, 二分查找的思路是先取中间位置的元素, 然后使用待查找元素与数组中间元素进比较。
代码示例
public class Demo5 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
//System.out.println(Arrays.binarySearch(arr,6));
System.out.println(MyBinarySearch(arr, 6));
}
private static int MyBinarySearch(int[] arr, int toFind) {
int left = 0;
int right = arr.length - 1;
while (left <= right) {
int mid = (left + right) / 2;
if (toFind < arr[mid]) {
// 去左侧区间找
right = mid - 1;
} else if (toFind > arr[mid]) {
// 去右侧区间找
left = mid + 1;
} else {
// 相等, 说明找到了
return mid;
}
}
// 循环结束, 说明没找到
return -1;
}
}
可以看到,二分查找每次查找都能缩小一半的范围,针对一个长度为 10000 个元素的数组查找, 二分查找只需要循环 14 次就能完成查找. 随着数组元素个数 越多, 二分的优势就越大.在Aarrays中有个二分查找的方法,以后我们就不用再手写二分了,直接用Arrays中的即可
代码示例
public class Demo5 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
System.out.println(Arrays.binarySearch(arr,6));
}
给定一个数组, 让数组升序 (降序)排序
假设
将数组中相邻元素从前往后依次进行比较,如果前一个元素比后一个元素大,则交换,一趟下来后最大元素 就在数组的末尾,依次从上上述过程,直到数组中所有的元素到排列好。
代码示例
public class Demo6 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {13,45,67,79,2,56};
//bubbleSort(arr);
Arrays.sort(arr);
System.out.println(Arrays.toString(arr));
}
private static void bubbleSort(int[] arr) {
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
for (int j = 1; j < arr.length - i; j++) {
if (arr[j - 1] > arr[j]) {
int tmp = arr[j - 1];
arr[j - 1] = arr[j];
arr[j] = tmp;
}
}
}
}
}
Arrays中也有一个更高效的排序算法sort()
代码示例
public class Demo6 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {13,45,67,79,2,56};
// bubbleSort(arr);
Arrays.sort(arr);
System.out.println(Arrays.toString(arr));
}
}
代码示例
public class Demo8 {
public static void main(String[] args) {
int [] arr=new int[]{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
int [] arr2=new int[]{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
int [] arr3=new int[]{1,2,3,4,5,6,7,8,9,1};
System.out.println(Arrays.equals(arr, arr2));
System.out.println(Arrays.equals(arr, arr3));
}
}
运行结果
填充数组,该方法会将已有的元素
代码示例
public class Demo5 {
public static void main(String[] args) {
int [] arr=new int[]{1,2,3,4,5,6,7,8};
Arrays.fill(arr,23);
System.out.println(Arrays.toString(arr));
}
}
用比较器对象自定义比较
首先创建一个Student类
package task3;
public class Student {
private String name;
private int age;
private double height;
public Student() {
}
public Student(String name, int age, double height) {
this.name = name;
this.age = age;
this.height = height;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public double getHeight() {
return height;
}
public void setHeight(double height) {
this.height = height;
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
", height=" + height +
'}';
}
}
创建测试类
package task3;
import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
public class ArraysDemo2 {
public static void main(String[] args) {
int[] ages = {34, 12, 42, 23};
Arrays.sort(ages);
System.out.println(Arrays.toString(ages));
Integer[] ages1 = {34, 12, 42, 23};
Arrays.sort(ages1, new Comparator<Integer>() {
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
// 指定比较规则。
//if(o1 > o2){
// return 1;
//}else if(o1 < o2){
//return -1;
//}
//return 0;
// return o1 - o2; // 默认升序
return o2 - o1; // 降序
}
});
System.out.println(Arrays.toString(ages1));
System.out.println("-------------------------");
Student[] students = new Student[3];
students[0] = new Student("吴磊", 23, 175.5);
students[1] = new Student("谢鑫", 18, 185.5);
students[2] = new Student("王亮", 20, 195.5);
System.out.println(Arrays.toString(students));
// Arrays.sort(students); // 直接运行奔溃
Arrays.sort(students, new Comparator<Student>() {
@Override
public int compare(Student o1, Student o2) {
// 自己指定比较规则
// return o1.getAge() - o2.getAge(); // 按照年龄升序排序!
// return o2.getAge() - o1.getAge(); // 按照年龄降序排序!!
// return Double.compare(o1.getHeight(), o2.getHeight()); // 比较浮点型可以这样写 升序
return Double.compare(o2.getHeight(), o1.getHeight()); // 比较浮点型可以这样写 降序
}
});
System.out.println(Arrays.toString(students));
}
}
Arrays.sort();无法比较定义类型,如果要比较自定义类型的数据需要使用比较器对象,自己指定比较规则来对自定义类型中的数据进行排序。
设定两个下标, 分别指向第一个元素和最后一个元素. 交换两个位置的元素. 然后让前一个下标自增, 后一个下标自减, 循环继续即可。
思路
代码示例
public class Demo7 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {12,34,56,67,89,6};
reverse(arr);
System.out.println(Arrays.toString(arr));
}
private static void reverse(int[] arr) {
int left = 0;
int right = arr.length - 1;
while (left < right) {
int tmp = arr[left];
arr[left] = arr[right];
arr[right] = tmp;
left++;
right--;
}
}
}
二维数组其实就是一一维数组为元素的数组,在底层就是一个一维数组。
格式1:类型 [] []arr=new 类型 [X] [T]; //X,T是大于等于0的整数。
int [] [] arr=new int [3][2];
定义了一个名称为arr的二维数组,该数组中包含3个一维数组,每个一维数组的元素是2个。三个一维数组的名称分别为arr[0],arr[1],arr[2],如果想给一维数组中的第一个元素赋值可以这样写,arr[0] [1]=19;
格式二:int [] [] arr=new int [3] [];
定义了一个有三个一维数组的二维数组,每个一维数组都是默认初始化值为null,可以分别对这三个一维数组进行初始化arr[0]=new int [3]; arr[1]=new arr[1];,arr[2]=new int[2].
格式:类型 [] [] arr=new [] []{{元素1,元素2,元素3},{元素1,元素2},{元素1,元素2,元素3}};
定义一个名为arr的二维数组,该数组中有三个一维数组。对二维数组中地方一维数组进行初始化arr[0]={1,2,3};arr[1]={1,2,3};arr[2]={1,2,3};。
注意特殊写法:int [] x,y[];x是一维数组,y时二维数组。
二维数组的内存解析
public class Demo8 {
public static void main(String[] args) {
int[][] arr = new int[4][];
arr[1] = new int[]{1,2,3};
arr[2] = new int[4];
arr[2][1] = 30;
}
}
图解
首先main加载到栈区,创建一个有4个未初始化的一维数组的二维数组,在堆区就会开辟4个一维数组,因为一维数组属于引用类型所以默认值为null,然后将第2个一维数组进行初始化为1,2,3,再将第3个数组初始化其默认值为0,最后将其第二个元素赋值为30。
如图所示
代码
public class Demo9 {
public static void main(String[] args) {
int [] [] arr=new int[10][];
for(int i=0;i<arr.length;i++){
arr[i]=new int[i+1];
arr[i][0]=arr[i][i]=1;
for(int j=1;j<arr[i].length-1;j++){
arr[i][j]=arr[i-1][j-1]+arr[i-1][j];
}
}
for(int i=0;i<arr.length;i++){
for(int j=0;j<arr[i].length;j++){
System.out.print(arr[i][j]+" ");
}
System.out.println();
}
}
}